麥草生物化學(xué)機(jī)械法制漿廢液的性能分析

李晨曦 范中秋 宋佳翼 邵學(xué)軍 劉春蘭 程正柏 曹海兵， 徐柯 劉洪斌，* 安興業(yè)，*

（1.天津科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院，天津市制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津，300457；2.山東世紀(jì)陽光紙業(yè)集團(tuán)有限公司，山東濰坊，262400；3.浙江景興紙業(yè)股份有限公司，浙江平湖，314214；4.成都佰信維科技有限公司，四川成都，610000）

當(dāng)前，我國紙和紙板生產(chǎn)量和消費(fèi)量均超過1億t，占全球1/4以上，居世界第一位。隨著我國包裝用紙需求量的不斷增加及我國固廢進(jìn)口禁令的全面實(shí)施，國內(nèi)制漿造紙工業(yè)纖維原料短缺現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重[1-2]，尋找可替代廢紙纖維用于包裝紙生產(chǎn)的原料，成為造紙企業(yè)當(dāng)前亟需解決的實(shí)際問題。因此，替代進(jìn)口廢紙、實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)及固廢源頭減量，在“雙碳”戰(zhàn)略背景下，對于緩解當(dāng)前纖維原料危機(jī)、推動造紙行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

非木材纖維原料具有儲量豐富、來源廣泛、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具潛力的制漿原料[3]。我國利用非木材原料進(jìn)行制漿造紙的歷史悠久，具有成熟的技術(shù)和豐富的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。作為一種重要的非木材植物纖維原料，麥草在我國造紙工業(yè)中具有重要的地位。利用麥草制漿來彌補(bǔ)進(jìn)口廢紙漿缺口，既可緩解我國制漿造紙產(chǎn)業(yè)的原料短缺問題[4]，又可減少麥草資源因遺棄或焚燒帶來的環(huán)境污染問題。

然而，麥草化學(xué)法制漿不但得率較低，而且所產(chǎn)生的蒸煮黑液會嚴(yán)重污染環(huán)境，同時(shí)，黑液堿回收時(shí)存在“硅干擾”現(xiàn)象[5]。傳統(tǒng)機(jī)械法制漿時(shí)，麥草纖維中的非纖維細(xì)胞含量較高，導(dǎo)致其制漿能耗高、漿料濾水性能差、紙張強(qiáng)度低[6]。近年來，生物技術(shù)在非木材制漿過程中的應(yīng)用越來越被人們重視。作為一種新興制漿方式，生物化學(xué)機(jī)械法制漿（Bio-CMP）既可解決化學(xué)法制漿得率低、污染重的問題，又可彌補(bǔ)機(jī)械法制漿能耗大、強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，兼具經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益[7-8]。

Bio-CMP采用微生物或酶/化學(xué)試劑復(fù)合方法對纖維原料進(jìn)行預(yù)處理，去除纖維原料中的部分木質(zhì)素，然后進(jìn)行機(jī)械磨漿處理，使纖維彼此分離從而成漿[9]。以生物酶替代部分化學(xué)試劑，既可減少廢水污染，又能改善紙張物理性能[10-11]、減少化學(xué)品消耗、降低磨漿能耗[8]。2018年，山東世紀(jì)陽光紙業(yè)集團(tuán)有限公司20萬t/a生物化學(xué)機(jī)械漿項(xiàng)目正式動工[12-14]。該項(xiàng)目旨在克服麥草原料傳統(tǒng)制漿方法的弊端，將麥草生物化學(xué)機(jī)械漿代替木漿或進(jìn)口二次纖維，用于環(huán)保紙基材料的生產(chǎn)[15]。

Bio-CMP通常采用堿性熱水預(yù)浸漬結(jié)合生物酶預(yù)處理，然后進(jìn)行機(jī)械磨解成漿的清潔制漿工藝[16]。盡管Bio-CMP技術(shù)的成漿得率較高，但仍有部分有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)會經(jīng)前處理、擠壓、浸漬、酶處理和磨漿等過程[17]而轉(zhuǎn)移到制漿廢液中。廢液中的污染物質(zhì)主要來源于麥草原料處理過程中的雜質(zhì)及原料中的溶出物質(zhì)，其污染物成分復(fù)雜[11]，主要包含懸浮物、易生物降解有機(jī)物、難生物降解有機(jī)物等[18]。

本研究基于麥草生物化學(xué)機(jī)械漿實(shí)際生產(chǎn)工藝進(jìn)行在線取樣，采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法對制漿過程各工段廢液的成分進(jìn)行定量檢測，并系統(tǒng)分析各制漿階段廢液的物理性質(zhì)、污染指標(biāo)等廢液性能，可為麥草Bio-CMP廢液的性能分析及其高效處理和高值化利用提

供一定參考，也可為后續(xù)廢液的蒸發(fā)濃縮操作及其廢液燃燒性能的提高提供數(shù)據(jù)支撐，將會進(jìn)一步推動麥草生物化學(xué)機(jī)械漿的可持續(xù)發(fā)展，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料及試劑

Bio-CMP制漿廢液由山東濰坊某造紙廠提供。

1.2 Bio-CMP制漿工段工藝流程與廢液來源

經(jīng)干法切料、干法除塵和濕法除雜等備料洗草處理后的麥草原料，再經(jīng)連續(xù)2次過濾分離分別得到1#洗草水和2#洗草水。洗草處理后的原料經(jīng)堿預(yù)處理（堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.2%～1%）以除去原料中的部分木質(zhì)素、果膠、蠟質(zhì)等物質(zhì)。堿預(yù)處理后的纖維經(jīng)過雙螺桿擠漿機(jī)處理，得到1#濃黑液，進(jìn)行連續(xù)2次過濾分離后，分別得到2#濃黑液和3#濃黑液。對3#濃黑液進(jìn)行氣浮處理，得到1#氣浮出水。經(jīng)雙螺桿擠漿機(jī)處理后的漿料，再經(jīng)堿-生物酶聯(lián)合預(yù)處理（堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%～3%，酶濃度500～1000 mg/kg），以進(jìn)一步脫除漿料中的木質(zhì)素等成分。將堿-酶聯(lián)合預(yù)處理后的漿料進(jìn)行壓榨濃縮過濾，得到4#濃黑液。

為進(jìn)一步對漿料進(jìn)行分離和細(xì)纖維化，將濃縮后的漿料進(jìn)行中高濃連續(xù)式盤磨機(jī)磨漿處理（磨漿濃度15%～30%），并對磨漿后的纖維進(jìn)行洗滌篩選操作，得到成漿水和擠漿水。對整個制漿工段所產(chǎn)生的中段廢水進(jìn)行氣浮處理，得到2#氣浮出水。此外，1#壓榨濾液取自中高濃機(jī)械磨漿后擠壓濃縮漿料時(shí)的出水，2#壓榨濾液是洗滌篩選等過程的中段廢水經(jīng)沉淀后的污泥再經(jīng)壓榨出水，3#壓榨濾液是洗滌篩選出來的漿渣再壓榨出水，4#壓榨濾液是洗草水過濾出來的泥沙經(jīng)板框壓榨得到的濾液。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

BAO-150A鼓風(fēng)烘箱，施都凱儀器（上海）有限公司；ME2002E電子天平，梅特勒-托利多（上海）有限公司；T6新世紀(jì)紫外分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；HWS12電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科技有限公司；AT510電導(dǎo)率測試儀，日本KEM公司；P901酸度計(jì)，上海佑科儀器有限公司；液體密度計(jì)，衡水創(chuàng)紀(jì)儀器有限公司；SHZ-DⅢ循環(huán)水式真空泵，鞏義市寧華儀器有限責(zé)任公司；YXQLS18SI蒸汽滅菌鍋，上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司；Agilent1200高效液相色譜儀，安捷倫科技（中國）有限公司。

1.4實(shí)驗(yàn)方法

依照國家標(biāo)準(zhǔn)測定制漿工段各廢液的組分，具體測試方法如下。

固含量：取一定質(zhì)量的廢液，放入已在(105±2)℃烘箱內(nèi)干燥至恒質(zhì)量的稱量瓶中，然后再置于(105±2)℃烘箱中干燥4 h，取出稱量瓶，置于干燥器內(nèi)冷卻30 min后稱量，重復(fù)上述操作，再次干燥1 h以上，直至稱量瓶恒質(zhì)量。

根據(jù)式（1）計(jì)算得到廢液的固含量。

式中，m1表示恒質(zhì)量后稱量瓶的質(zhì)量，g；m2表示盛有固形物稱量瓶的質(zhì)量，g；m表示廢液的質(zhì)量，g。

色度：采用紫外分光光度法測定廢液色度[19]。

電導(dǎo)率和氧化還原電位（ORP）：廢液在25℃恒溫水浴槽中2 h以上，搖勻進(jìn)行ORP測定。

總化學(xué)需氧量（TCOD）和溶解性化學(xué)需氧量（SCOD）：采用重鉻酸鹽法測定水樣中化學(xué)需氧量。將制漿廢液稀釋10倍用于TCOD的測定。將稀釋后的廢液用0.45 μm濾膜過濾后用于SCOD的測定。

總磷：采用鉬酸銨分光光度法測定。

總氮：采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定。

波美度：廢液在20℃恒溫水浴槽中2 h以上，然后搖勻倒入250 mL量筒中，放入合適的密度計(jì)測量液體的密度（ρ）（讀取凹液面所對應(yīng)的密度計(jì)刻度）。同時(shí)測定20℃水的密度ρw。

比重（S.G）利用式（2）計(jì)算。

波美度（°Bé，20℃）根據(jù)式（3）和式（4）來計(jì)算。

總懸浮固體（TSS）和溶解性固體：將廢液稀釋一定倍數(shù)，然后取100 mL稀釋廢液用已恒質(zhì)量的快速濾紙進(jìn)行過濾。將濾紙?jiān)?105±2)℃烘箱中干燥直至恒質(zhì)量，取適量體積的濾液于已恒質(zhì)量的稱量瓶中，然后在(105±2)℃烘箱中干燥至恒質(zhì)量，從而測定TSS和溶解性固體。

木質(zhì)素、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖：將廢液在離心機(jī)轉(zhuǎn)速3000 r/min下離心15 min，取上清液作為實(shí)驗(yàn)原料。根據(jù)NERL標(biāo)準(zhǔn)[20-21]分別測定廢液的木質(zhì)素、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 廢液中固形物含量分析

圖1為Bio-CMP制漿過程廢液的固含量分布。制漿前對麥草原料進(jìn)行干濕法備料處理是麥草漿廢液除硅降黏的必要條件，原料中夾帶的泥沙等雜質(zhì)會在備料過程中轉(zhuǎn)移到洗草水中，因此洗草水的固含量較低。從圖1中可以看出，濃黑液的固含量相比于其他過程廢液要更高，其中4#濃黑液的固含量最大為6.11%。1#、2#和3#濃黑液的結(jié)果說明低濃堿預(yù)處理麥草漿可以有效溶出麥草纖維中的固形物。而4#濃黑液的固含量高于1#～3#濃黑液，這是由于生物酶（酶濃為500～1000 mg/kg）協(xié)同更高濃度堿（堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%～6%）預(yù)處理會進(jìn)一步提高纖維中固形物的溶出效率。

圖1 廢液樣品的固含量Fig.1 Solid content of waste liquor samples

氣浮法是可以實(shí)現(xiàn)固-液或液-液分離，是一種重要的中段廢水處理方法。廢液固形物會在氣浮處理過程中被大量去除，因此2#氣浮出水中的固含量要低于1#氣浮出水?；赜盟侵柑幚韮艋⒀h(huán)至制漿造紙工段中的水，因此其固含量最低（0.40%）。壓榨濾液中的固含量普遍較低，說明麥草原料中溶出的固形物成分已經(jīng)去除。與傳統(tǒng)堿性亞硫酸鹽法[22]、堿性過氧化氫機(jī)械制備（APMP）法[23]、硫酸鹽法[24]、燒堿-蒽醌法[25]等制漿方法相比，該廠麥草Bio-CMP的耗水量僅為20～30 m3/t漿，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)制漿方法所需水量，而且該方法所得的制漿廢液的整體固含量要低于傳統(tǒng)制漿方法，這是由于Bio-CMP方法較溫和，對麥草原料中木質(zhì)素、半纖維素等植物纖維組分溶出較少，最大限度保留了植物纖維組分，因此紙漿得率較高，廢液濃度較低，用水量少，更有利于后續(xù)廢水處理。

2.2 廢液波美度分析

波美度是表示溶液濃度的一種重要方法，與溶液密度呈正相關(guān)。圖2為麥草Bio-CMP制漿各工段廢液波美度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖2中可以看出，濃黑液和1#擠漿水波美度值較高，均在3.35（°Bé,20℃）以上，說明稀堿預(yù)處理和后續(xù)的堿/酶協(xié)同預(yù)處理可以有效脫除麥草原料中的部分有機(jī)成分，實(shí)現(xiàn)纖維的潤脹，進(jìn)而有效降低打漿能耗。1#氣浮出水的波美度值為3.29（°Bé,20℃），這歸因于3#濃黑液較高的波美度值（3.50（°Bé,20℃））。洗草水和壓榨濾液的波美度相對較低，說明廢水中可溶性物質(zhì)的濃度較低，進(jìn)一步說明洗草過程對纖維成分的溶出較少。凈化等處理過程已基本去除水中的可溶性及懸浮性物質(zhì)，因此回用水的波美度值最低（0.60（°Bé,20℃））。

圖2 廢液樣品的波美度Fig.2 Baume degree of waste liquor samples

2.3 廢液色度分析

色度是衡量廢液顏色的一個重要指標(biāo)。水質(zhì)色度的測量方法采用鉑鈷標(biāo)準(zhǔn)比色法。Bio-CMP制漿過程各工段的廢液色度分布如圖3所示。稀堿預(yù)處理和堿/酶協(xié)同預(yù)處理的目的是選擇性地溶出纖維原料中的部分木質(zhì)素等有機(jī)物（含大量發(fā)色基團(tuán)），有效促進(jìn)了纖維的分離，因此濃黑液的色度值較高，其中3#濃黑液的色度最高（1064.39 C.U.）。而機(jī)械磨漿的目的在于將纖維彼此分離，對纖維原料中的木質(zhì)素等成分溶出較少，因此壓榨濾液的色度值相對較低。由于1#氣浮出水取自濃黑液氣浮處理過程，而濃黑液中含有較多的有機(jī)物，色度值較高，因此1#氣浮出水色度值同樣比較高。洗草作為麥草原料除雜的重要過程，可以有效去除原料中夾雜的泥沙等雜質(zhì)，因此洗草水的色度較低，其中，3#洗草水的色度最低（87.12 C.U.）。

圖3 廢液樣品的色度Fig.3 Color value of waste liquor samples

在類似研究中，對馬尾松-尾葉桉化學(xué)熱磨機(jī)械漿（CTMP）制漿廢液[26]、麥草亞硫酸鹽-甲醛-蒽醌制漿廢液[27]及楊木預(yù)調(diào)理盤磨化學(xué)處理堿性過氧化氫機(jī)械漿（P-RC APMP）制漿廢液[28]的基本組成和污染特征進(jìn)行分析可知，這3種制漿廢液的色度值分別為39600、6700及679 C.U.。因此，麥草Bio-CMP制漿廢液的色度值整體較低，說明含發(fā)色基團(tuán)的木質(zhì)素和有機(jī)物含量相對較低，更利于后續(xù)脫色處理，這也進(jìn)一步說明以生物酶替代部分化學(xué)試劑制漿，既可促進(jìn)纖維分離又可減少對纖維的破壞，進(jìn)而提高制漿得率和成漿品質(zhì)。

2.4 廢液電導(dǎo)率分析

電導(dǎo)率是表示傳導(dǎo)電流的能力，常用于間接推測水中離子成分的總濃度。麥草Bio-CMP各工段廢液的電導(dǎo)率檢測結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，濃黑液和1#氣浮出水的電導(dǎo)率較高，其中2#濃黑液的電導(dǎo)率最高，為17251 μS/cm。這是由于制漿過程中添加的NaOH等化學(xué)物質(zhì)，促進(jìn)了原料中大量有機(jī)物和無機(jī)物鹽類物質(zhì)的溶出并進(jìn)入到濃黑液中。氣浮處理的目的是脫除廢液中的懸浮性固體物質(zhì)，并無法去除水中溶解性的鹽類物質(zhì)，而1#氣浮出水取自3#濃黑液的氣浮處理過程，因此其電導(dǎo)率值同樣較高。其他工段廢液的電導(dǎo)率相對較低，其中4#壓榨濾液（6418 μS/cm）和回用水（6421 μS/cm）的電導(dǎo)率最低。這說明洗草過程產(chǎn)生廢水的電導(dǎo)率較低，而經(jīng)過濾泥沙和板框壓榨處理得到的4#壓榨濾液的電導(dǎo)率也同樣較低，這說明Bio-CMP工藝可有效降低制漿原料中鹽類物質(zhì)的溶出。凈化等處理過程可有效去除廢水中懸浮和溶解性污染物，其鹽類等物質(zhì)含量較低，所以其電導(dǎo)率值也較低。

圖4 廢液樣品的電導(dǎo)率Fig.4 Electrical conductivity of waste liquor samples

2.5 廢液中TCOD和SCOD分析

化學(xué)需氧量（COD）是表示水質(zhì)污染程度的一個重要指標(biāo)?？偦瘜W(xué)需氧量（TCOD）包含溶解性（SCOD）和不溶性化學(xué)需氧量。圖5為麥草Bio-CMP廢液樣品的TCOD和SCOD值，其值越低說明水質(zhì)污染程度越低。結(jié)果表明，3#濃黑液中含有機(jī)污染物含量最多，TCODCr值為71337.70 mg/L。4#濃黑液廢液中含溶解性有機(jī)污染物最多，SCODCr值為54183.90 mg/L。濃黑液CODCr值較高說明纖維中的木質(zhì)素等有機(jī)成分在預(yù)處理過程中被有效脫除。氣浮處理過程脫除了部分固體污染物，TCODCr值相比于3#濃黑液有明顯降低，而SCODCr值的降低程度較小，但1#氣浮出水依然擁有較高CODCr值。4#壓榨濾液與洗草水均取自洗草過程產(chǎn)生的過程水，僅有極少量有機(jī)污染物在此過程中進(jìn)入水體環(huán)境中，因而其CODCr值較低。廢水中的固體及溶解性污染物會在后續(xù)水處理過程中被脫除以滿足水循環(huán)回用標(biāo)準(zhǔn)，因此回用水中的污染物含量較低，其中回用水TCODCr值和SCODCr值分別為520.80 mg/L和429.80 mg/L。

圖5 廢液樣品的TCOD和SCODFig.5 TCOD and SCOD of waste liquor samples

據(jù)報(bào)道可知，CTMP法制漿廢液[29]、麥草化機(jī)漿廢液[30]、楊木NaOH常壓浸漬廢液[31]、8%用堿量APMP法制漿廢液[32]及楊木P-RC APMP制漿廢液[33]的CODCr值 分 別 為27200、131000、29216、30640及12200 mg/L。由化學(xué)機(jī)械法制漿[34]不同階段廢液的污染指標(biāo)研究結(jié)果可知，預(yù)處理階段廢液、磨漿段廢液及混合廢液的CODCr值分別為10185、9603和10052 mg/L。相比上述制漿廢液CODCr值，麥草Bio-CMP廢液的CODCr值大部分集中在10000～80000 mg/L間，污染負(fù)荷偏大，進(jìn)一步說明Bio-CMP中稀堿預(yù)處理和堿/酶協(xié)同處理可以有效脫除纖維原料中的木質(zhì)素等有機(jī)成分。

2.6 廢液中TSS和溶解性固體含量分析

制漿廢液中溶解性固體包括溶解在水中的各種離子、分子和化合物。麥草Bio-CMP廢液的TSS和溶解性固體含量如圖6所示。結(jié)果表明，1#濃黑液的TSS含量（20730 mg/L）最高，4#濃黑液（17000 mg/L）次之。由圖6可知，2#濃黑液和3#濃黑液的溶解性固體含量最高，分別為48520 mg/L和49080 mg/L。這是因?yàn)槔w維中的木質(zhì)素等有機(jī)成分和一些固體物質(zhì)會在制漿過程中進(jìn)入水體環(huán)境中，從而導(dǎo)致濃黑液的TSS和溶解性固體含量值較高。在擠漿濃縮過程中，漿料中的廢液會在遞增的壓力作用下排出，同時(shí)會帶出部分固體污染物，因此擠漿水的TSS和溶解物固體含量較高。洗草、機(jī)械磨漿及洗滌篩選工段廢水中的溶解性物質(zhì)會在壓榨過程中得以保留，因此壓榨濾液中溶解性固體含量較高。其中，1#壓榨濾液的溶解性固體含量高于其他壓榨濾液，這歸因于機(jī)械磨漿過程對有機(jī)組分的破壞溶出作用。由檢測結(jié)果可知，回用水的TSS含量和溶解性固體含量最低，分別為151 mg/L和406 mg/L。波美度是衡量濃度大小的重要指標(biāo)，因此Bio-CMP各工段廢液溶解性固體的變化趨勢與波美度的變化趨勢相似。

圖6 廢液樣品的TSS和溶解性固體含量Fig.6 TSS and dissolved solids content of waste liquor samples

由已報(bào)道結(jié)果可知，P-RC APMP制漿廢液[28]的懸浮物（SS）含量為7300 mg/L，總?cè)芙庑怨腆w含量為18000 mg/L；常 規(guī)APMP制 漿 廢 液[35]的SS含 量 為549 mg/L；楊木化機(jī)漿廢水[36]的SS含量為750 mg/L；馬尾松-尾葉桉CTMP制漿預(yù)處理段廢液和磨漿段廢液[37]的SS含量分別為754 mg/L和521 mg/L，TSS含量分別為7568 mg/L和4784 mg/L。麥草原料本身具有纖維細(xì)短、薄壁細(xì)胞多、細(xì)雜組分多的特點(diǎn)，因此在Bio-CMP制漿過程中，麥草纖維原料中的固體或懸浮或溶解進(jìn)入水體系中，從而導(dǎo)致麥草Bio-CMP制漿過程的TSS和溶解性固體含量相對較高。

2.7 廢液中總磷和總氮含量的分析檢測

總磷和總氮是衡量水質(zhì)的重要指標(biāo)。制漿造紙中段廢水中的氮、磷污染物主要來源于生物處理階段投入的營養(yǎng)鹽及原料本身含有的氮、磷元素。Bio-CMP各工段廢液的總磷和總氮含量分別如圖7（a）和圖7（b）所示。由圖7可知，濃黑液的總氮和總磷含量普遍較高，而回用水的總磷和總氮含量均較低，其含量分別為0.30 mg/L和11.90 mg/L。其中，4#濃黑液的總磷含量（46.40 mg/L）最高，而1#氣浮出水的總氮含量（536 mg/L）最高。此外，1#和4#壓榨濾液、1#擠漿水及1#氣浮出水的總磷含量均超過20 mg/L。由圖7（b）可知，除1#洗草水和回用水外，其余工段廢液的總氮均超過100 mg/L。與楊木P-RC APMP制漿廢液[28]的總磷含量（73.93 mg/L）相比，Bio-CMP廢液的總磷含量相對較低，參考常用植物纖維原料的氮、磷含量（非木材原料具有比木材原料更高的氮磷含量），說明Bio-CMP對纖維原料成分的降解溶出程度較低，進(jìn)一步說明其制漿得率較高，也說明該Bio-CMP制漿過程中對新鮮水或者回用水的水質(zhì)控制較好，極大減緩了后續(xù)廢水處理的壓力。

圖7 廢液樣品的總磷和總氮含量Fig.7 Total phosphorus and total nitrogen content of waste liquor samples

2.8 廢液中溶解性有機(jī)物分析

圖8（a）為麥草Bio-CMP各工段廢液可溶性木質(zhì)素的含量分布。結(jié)果表明，濃黑液中含有的可溶性木質(zhì)素含量較高，這歸因于堿、酶對木質(zhì)素的溶出作用。其中4#濃黑液的可溶性木質(zhì)素含量最高，為13.53 g/L，說明稀堿與酶的協(xié)同作用對木質(zhì)素溶出效果更好。由圖8（a）還可知，擠漿水和1#氣浮出水的可溶性木質(zhì)素含量均大于8 g/L。這是由于磨漿得到的漿水混合體系中仍夾雜部分未被去除的木質(zhì)素等物質(zhì)，而擠漿過程實(shí)現(xiàn)了漿料的有效洗滌和濃縮，這會導(dǎo)致擠漿水中可溶性木質(zhì)素含量較高。

圖8 廢液樣品的可溶性木質(zhì)素、木糖、阿拉伯糖和葡萄糖含量Fig.8 Soluble lignin,xylose,arabinose and glucose content of waste liquor samples

文獻(xiàn)[23,36,38-39]分別報(bào)道了不同制漿方法廢液的木質(zhì)素含量，其中盤磨機(jī)械漿（RMP）和生物盤磨機(jī)械漿（Bio-RMP）廢液的木質(zhì)素含量分別為5.75 g/L和6.83 g/L；楊木化機(jī)漿廢液的酸溶木質(zhì)素含量為1.74 g/L；APMP制漿廢液的木質(zhì)素含量為2.10%；而用堿量分別為2%、4%和6%的CMP廢液中的木質(zhì)素含量分別為8.28、9.45和12.14 g/L，相比之下，本研究利用生物酶輔助低濃堿處理（1%～3%）能夠有效促進(jìn)麥草纖維中部分木質(zhì)素的脫除及纖維的潤脹，有利于后續(xù)磨漿。由于生物酶制漿的輔助作用，麥草Bio-CMP各工段廢液的木質(zhì)素含量分布在1～14 g/L之間，可溶性木質(zhì)素是廢液COD的主要來源[40]，故該制漿方式產(chǎn)生的廢液具有較高COD值。

研究分析制漿廢液中葡萄糖、木糖及阿拉伯糖的含量可從側(cè)面說明制漿過程纖維素和半纖維素的降解程度。結(jié)果表明，濃黑液、擠漿水及1#氣浮出水的木糖和阿拉伯糖含量較高，且木糖和阿拉伯糖含量的趨勢相同。其中，2#濃黑液的木糖和阿拉伯糖含量最高（圖8（b）和圖8（c）），其含量分別為1.89 g/L和4.74 g/L。此外，濃黑液的葡萄糖含量（圖8（d））也為最高，其含量為2.95 g/L。廢液樣品中可溶性有機(jī)物的含量分布范圍如表1所示。說明Bio-CMP制漿過程中，稀堿預(yù)處理會對纖維原料中的纖維素和半纖維素產(chǎn)生一定的破壞和降解。但與亞麻堿性亞硫酸鹽法制漿[22]（總還原糖含量為13.29 g/L）、楊木化學(xué)機(jī)械法制漿[28]（總糖、還原糖及半纖維素含量分別為0.86、0.54和11.60 g/L）和APMP制漿 螺 旋擠 壓廢液[41]（半纖維素含量為86.10 g/L）相比，Bio-CMP采用 溫 和 的 生 物 酶（500～1000 mg/kg）和 低 濃 堿（0.2%～1%、1%～3%）條件對麥草纖維進(jìn)行生物化學(xué)預(yù)處理，可有效溶出木質(zhì)素、促進(jìn)纖維潤脹，并減輕對纖維素和半纖維素的破壞程度，保證較高的紙漿得率，以及紙張物理性能，說明本項(xiàng)目所研究的生物化學(xué)機(jī)械法是一種較溫和且高效的制漿方式。

表1 廢液樣品中可溶性有機(jī)物含量分布范圍Table 1 Distribution range of soluble organic compound content of waste liquor samples

3 結(jié) 論

本研究對麥草生物化學(xué)機(jī)械法制漿（Bio-CMP）工藝各段廢液的成分進(jìn)行了定量分析，并對廢液的污染指標(biāo)進(jìn)行了檢測和分析。

3.1 麥草Bio-CMP廢液的固形物含量低于6.11%，是一種低濃廢液。廢液中總磷、總氮、總懸浮性固體（TSS）和溶解性固體的含量分別低于46.40、536、20730和19080 mg/L。廢液的色度、波美度、電導(dǎo)率、TCOD和SCOD的最大值分別為1064.39 C.U.、4.05(° Bé,20℃)、17251 μS/cm、71337.70 mg/L和54183.90 mg/L。廢液中可溶性有機(jī)物（木質(zhì)素、葡萄糖、木糖及阿拉伯糖）的含量分別分布在0.051～13.53 g/L、0.028～2.95 g/L、0.0021～1.89 g/L和0.0070～4.74 g/L之間。此外回用水的各項(xiàng)指標(biāo)均為最低值，而濃黑液的各項(xiàng)指標(biāo)均較高。

3.2 與堿性過氧化氫機(jī)械（APMP）法、化學(xué)熱磨機(jī)械（CTMP）法等常見制漿方式相比，本課題所研究的麥草Bio-CMP屬于一種較溫和且高效的制漿方法，生物酶與低濃堿協(xié)同預(yù)處理既可有效脫除麥草纖維原料中木質(zhì)素等有機(jī)成分，同時(shí)對纖維素和半纖維素成分的破壞程度較小，并且提高了后續(xù)磨漿的得率和效率。因此本課題所研究的麥草生物化學(xué)機(jī)械漿制漿廢液的污染指標(biāo)較低，有利于后續(xù)廢液的凈化處理。